专利名称：一种导电辊修复方法
技术领域：
本发明涉及导电辊修复方法，特别涉及各种类型电镀锡机组导电辊的修复方法。
背景技术：
镀锡钢板具有耐蚀、无毒和深加工性能好、力学性能高等特点，已广泛应用于食品和饮料加工等行业。钢板镀锡后通常要进行软熔淬水处理，软熔段是影响镀锡板耐蚀性至关重要的因素。软熔的目的是使一部分锡与带钢起反应，形成金属间化合物FeSn2(即锡铁合金层)。锡铁合金层可以使锡层在带钢上有良好的附着力，并能提高镀锡板的抗腐蚀性能。镀锡钢板的软熔方式主要有电阻软熔和感应软熔。电阻软熔装置由导电辊、扼流圈、软熔塔、软熔塔顶部的转向辊、淬水槽等设备组成。导电辊不能接地，为了保证导电辊与带钢有良好的接触，每个导电辊上还带有一根水冷压辊。同时，导电辊表面应保持清洁，防止带钢与导电辊因局部接触不良而产生电弧烧点。因此，导电辊上还装有电动可调的清扫装置。工作时，该装置沿导电辊轴向方向来回移动，清扫和研磨导电辊表面。感应软熔加热时带钢的加热温度，是通过调节加在感应线圈上的电压进行调节的。其优点是带钢不接触导电辊，因而不会产生象电阻软熔加热时出现的电弧烧点等表面缺陷，其次是加热速度快，能维持一个稳定的温度，并且可以通过调整各个感应线圈的电压和分别控制电流来影响软熔温度——时间曲线，因而能在较宽的范围内控制所需要的锡铁合金层量。同时，还不会损坏板形。但感应加热投资费用高，电热效率比电阻软熔低得多，高频元件容易损坏，生产费用也高。因此，电阻软熔在镀锡板生产中仍广泛采用。
安装在电镀锡机组软熔段的导电辊是电镀锡机组上的关键备件，其质量直接影响镀锡板的表面质量、镀锡机组的作业率和镀锡板的生产成本。导电辊结构见图2，它是铁芯辊1上电镀或喷涂导电性能好的铜层2，再电镀硬铬层3，通过导电碳刷辊轴端集电环而通电，辊表面还进行毛化处理，使辊面具有较高的粗糙度，以改善镀锡板的表面质量，导电辊使用前的表面粗糙度一般控制在Ra4.0μm-Ra10.0μm。导电辊使用中，由于镀锡板与导电辊的摩擦，导致辊面粗糙度不断降低。辊表面粗糙度小于1.0μm后，镀锡板表面易产生“小白点”缺陷，“小白点”是一种将锡层烧损而伤及或未完全伤及合金层的致命缺陷，它直接影响镀锡板的耐蚀性能和涂层性能。目前，为了消除镀锡板的“小白点”缺陷，主要采取频繁更换导电辊的手段，这样既增加了工人劳动强度，降低了设备作业率，同时也增加了导电辊修复成本和镀锡板生产成本。因此，提高导电辊耐磨性，对于减轻和延缓导电辊表面粗糙度的降低，延长导电辊使用寿命，提高电镀锡机组作业率，降低导电辊修复成本和降低电镀锡钢板生产成本将具有积极的意义。
中国专利CN2418136中公开了一种电镀锡钢板生产设备中的复合导电辊技术，在金属辊身的表面依次包覆金属底层、导电层和耐磨层等多层金属层。这种导电辊的导电层硬度低，经磨床磨削后，辊面易出现砂轮砂粒滑动后留下的痕迹，直接进行毛化处理，砂轮砂粒滑动后留下的痕迹仍存留在辊面，镀铬后仍然存留，影响镀锡板的外观质量。导电层毛化处理直接镀铬，辊面易出现铬须，铬须的存在，既影响镀锡板的外观质量，而且铬须在镀锡板的摩擦作用下易脱落，导致导电辊表面粗糙度急剧下降。普通镀铬工艺还存在镀铬层结合强度低，使用中易开裂和剥落的不足。为了改善镀铬层的质量，德国专利DE19828545中公开了一种机器零部件电镀硬铬电解液，其组成是铬酐100-600g/L，六价铬离子与硫酸根离子的摩尔浓度比为(90-120)∶1，2-羟基乙烷磺酸根离子为0.01-3.0g/L。俄罗斯专利RU2110621中公开了一种自调镀铬电解液，其组成是铬酐80-100g/L，硫酸锶6.0-7.0g/L，氟化钙5.0-6.0g/L，磷-钨酸8.0-10.0g/L。它们用于铜和钢铁零件上镀铬，可以明显改善镀铬的阴极效率和镀层质量，但镀层硬度提高不明显，镀层耐磨性也无明显提高。日本特公昭62-56600中报道了一种电镀多功能的硬铬镀层制造方法，即在镀铬层的裂缝中填充碳化硅粒子，使镀层获得高的耐磨性。但这种单一耐磨硬铬镀层存在镀层与基体结合强度低，镀层使用中易开裂和剥落的不足。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于电镀锡机组的导电辊的修复方法，用该方法修复导电辊，硬度高、耐磨性好，镀层与基体的结合强度高，镀层使用中不能出现开裂和剥落，导电辊使用寿命长。
为解决上述技术问题，本发明包括对导电辊进行退铬、磨削、电镀或喷涂铜层、抛光、毛化，本发明的改进之处是它对导电辊进行复合镀铬，所述导电辊复合镀铬包括导电辊底层镀铬和面层镀铬，底层镀铬时，在镀液中除了加入铬酐(CrO3)和硫酸(H2SO4)外，还加入稀土镧(La)和铽(Tb)；面层镀铬时，在镀液中加入铬酐(CrO3)和硫酸(H2SO4)，稀土镧(La)和铽(Tb)，还加入KIO3和Al2O3微粒。
在复合镀铬进行底层镀铬时，镧和铽以稀土氧化物La2O3和Tb4O7形式加入La2O3含量为0.5-1.8g/L，Tb4O7含量为0.5-1.8g/L。CrO3含量为100-300g/L，H2SO4含量为1.5-4.0g/L。底层镀铬，铬底层的镀液温度是65-79℃，电流密度15-25A/dm2，镀铬底层厚度20-80μm。
在复合镀铬进行面层镀铬时，镀液中CrO3含量为150-350g/L，H2SO4含量为1.5-4.0g/L，La2O3含量为0.5-1.8g/L，Tb4O7含量为0.5-1.8g/L。碘酸钾(KIO3)含量为0.1-0.4g/L，氧化铝(Al2O3)微粒为20-80g/L，Al2O3是以0.3-4.0μm的固体颗粒加入镀液中，通过搅拌使之在溶液中保持悬浮状态。面层镀铬时镀液温度48-62℃，电流密度15-60A/dm2，镀铬面层厚度50-150μm。
本发明退铬时采用Na2CO3溶液电解退铬。电解液中Na2CO3浓度是30-80g/L，阳极电流密度2-7A/dm2，阴极采用铁板或钛板，电解液温度45-75℃。
本发明是采用复合镀铬工艺，与铜层相接触的一侧，采用低电流和高温度镀液，获得结合强度和韧性好、孔隙少、裂纹少的镀层，辊面的镀铬层采用低镀液温度，镀液中还加入了氧化铝(Al2O3)微粒，获得高硬度的耐磨镀层。镀液中除了加入铬酐和硫酸外，还加入了稀土镧(La)和铽(Tb)和碘酸钾(KIO3)，主要是为了提高阴极电流效率、镀层沉积速度和改善Al2O3微粒分布的均匀性。导电辊修复中退铬采用电解退铬，导电辊毛化前后以及镀铬后增加了三次抛光，第一次抛光是彻底消除导电辊铜层经砂轮磨削后留下的砂粒滑动痕迹，第二次抛光后可以消除导电辊铜层毛化后出现的若干针状凸起，第三次抛光后可以消除导电辊表面的铬须。
本发明的有益效果是①本发明修复导电辊，导电辊经电解退铬后再上磨床磨削加工，不仅可以消除镀铬导电辊直接在磨床上磨削退铬时辊面的变形，而且可节约磨削时间60％-80％。
②本发明修复导电辊，导电辊毛化前后和镀铬后进行了三次抛光处理，不仅可消除导电辊表面的铬须，提高导电辊耐磨性，还可以彻底消除由于铜层硬度低，砂轮磨削时，砂轮砂粒在铜层滚动或滑动后易在辊面留下痕迹，消除了痕迹对镀锡板外观质量的影响。
③本发明修复导电辊，镀铬层采用复合镀铬工艺，镀铬底层采用低电流和高镀液温度，可以获得结合强度大于250MPa和韧性好、孔隙少、裂纹少的镀层。镀铬面层的镀液中含有高硬度的Al2O3微粒，通过在镀液中加入镧、铽和碘酸钾，可以获得硬度大于1000Hv的耐磨镀层。镀液中加入镧、铽和碘酸钾后，阴极电流效率可以提高到20％以上。镀层耐磨性好，在M200磨损试验机上进行磨损试验，普通镀铬层的磨损率是5.47mg/Km，而含Al2O3微粒耐磨镀铬层的磨损率仅为2.53-3.06mg/Km。
④用本发明修复导电辊，可以延长导电辊使用寿命，导电辊使用时间由77.5天提高到120天以上。
图1是本发明工艺流程图；图2是本发明导电辊结构图。
具体实施例方式本发明包括以下步骤(1)、退铬对导电辊进行退铬；退铬采用Na2CO3溶液电解退铬，电解液中Na2CO3浓度是30-80g/L，阳极电流密度2-7A/dm2，阴极采用铁板或钛板，电解液温度45-75℃。
导电辊修复常用磨床磨削退铬，工艺简单。由于导电辊是空心辊，壁厚薄，而镀铬层硬度高，磨削性能差，镀铬导电辊直接在磨床上磨削退铬，辊面易变形，而且磨削时间长。普通镀铬层的退除一般采用盐酸浸渍法，但盐酸浓度和温度低时，退铬时间长，盐酸浓度和温度高时，尽管可以明显缩短退铬时间，但使铜层氧化，影响铜层的导电性能，还使铁层严重腐蚀。采用Na2CO3溶液电解退铬，电解液中Na2CO3浓度是30-80g/L，阳极电流密度2-7A/dm2，阴极采用铁板或钛板，电解液温度45-75℃，可以实现快速退铬，而且对铜层和铁层无任何影响。导电辊经电解退铬后继续上磨床磨削，一方面可消除镀铬导电辊直接在磨床上磨削退铬时辊面的变形，而且可节约磨削时间60％-80％。
(2)、磨削导电辊经电解退铬后磨削；(3)、电镀或喷涂铜层→磨削→抛光→毛化→抛光导电辊采用电镀或喷涂方式涂敷导电铜层后，进行磨削加工。由于铜层硬度低，砂轮磨削时，砂轮砂粒在铜层滚动或滑动后易留下痕迹，直接进行毛化处理后，砂轮砂粒留下的痕迹仍存留在辊面，镀铬后仍然存留在辊面，影响镀锡板的外观质量。在导电辊铜层磨削后，添加去除砂轮砂粒在铜层滚动或滑动后留下痕迹的抛光处理，可以消除铜层表面的砂粒痕迹，改善导电辊辊面质量。
导电辊经喷砂、喷丸、电火花或激光毛化处理后，导电辊表面存在许多针状凸起，它们的存在促进导电辊随后镀铬时易出现铬须，因此在导电辊铜层毛化后加入一次抛光处理，可以消除导电辊铜层毛化后出现的若干针状凸起，减轻随后镀铬时导电辊表面铬须的产生。
(4)、复合镀铬①、底层镀铬时，在镀液中除了加入铬酐(CrO3)和硫酸(H2SO4)外，还加入稀土镧(La)和铽(Tb)；镧和铽以稀土氧化物La2O3和Tb4O7形式加入，CrO3含量为100-300g/L，H2SO4含量为1.5-4.0g/L，La2O3含量为0.5-1.8g/L，Tb4O7含量为0.5-1.8g/L。底层镀铬，铬底层的镀液温度是65-79℃，电流密度15-25A/dm2，镀铬底层厚度20-80μm。
②、面层镀铬时，在镀液中加入铬酐(CrO3)和硫酸(H2SO4)，稀土镧(La)和铽(Tb)，还加入KIO3和Al2O3微粒；镀液中CrO3含量为150-350g/L，H2SO4含量为1.5-4.0g/L，La2O3含量为0.5-1.8g/L，Tb4O7含量为0.5-1.8g/L，碘酸钾(KIO3)含量为0.1-0.4g/L，氧化铝(Al2O3)微粒为20-80g/L，Al2O3是以0.3-4.0μm的固体颗粒加入镀液中，通过搅拌使之在溶液中保持悬浮状态。面层镀铬时镀液温度48-62℃，电流密度15-60A/dm2，镀铬面层厚度50-150μm。
导电辊辊面镀铬时，采用复合镀铬的目的是为了获得硬度高、耐磨性好的镀层，同时还需要镀层与基体的结合强度高，确保镀层使用中不能出现开裂和剥落。要获得复合镀层，采用单一电镀工艺是无法实现的。本发明复合镀铬工艺是这样实现的，首先，镀铬底层(与铜层相接触的一侧)采用低电流和高镀液温度，可以获得结合强度高和韧性好、孔隙少、裂纹少的镀层，镀液中除了加入铬酐(CrO3)和硫酸(H2SO4)外，还加入了稀土镧(La)和铽(Tb)，镧和铽以稀土氧化物La2O3和Tb4O7形式加入。CrO3含量为100-300g/L，H2SO4含量为1.5-4.0g/L，La2O3含量为0.5-1.8g/L，Tb4O7含量为0.5-1.8g/L。镀液中加入La和Tb后，使电沉积金属铬的覆盖能力及阴极电流效率显著提高，这是因为含有La和Tb的化合物做为表面活性物质，能特性吸附在阴极表面，La和Tb以特性吸附的方式参与了阴极膜的形成，导致开始沉积铬的阴极电流密度降低了，阴极电流效率由10％以下提高到20％以上。镀铬底层的镀液温度是65-79℃，电流密度15-25A/dm2。镀铬底层厚度20-80μm，镀铬底层与铜层结合强度大于250MPa。
镀铬面层(工作层)主要是为了获得硬度高、耐磨性好的镀层。镀液中CrO3含量为150-350g/L，H2SO4含量为1.5-4.0g/L，La2O3含量为0.5-1.8g/L，Tb4O7含量为0.5-1.8g/L。此外还加入了0.1-0.4g/L的碘酸钾(KIO3)和20-80g/L的氧化铝(Al2O3)微粒，Al2O3是以0.3-4.0μm的固体颗粒加入镀液中，通过搅拌使之在溶液中保持悬浮状态。镀铬面层中加入La和Tb后，除了使电沉积金属铬的覆盖能力及阴极电流效率显著提高外，它们还有促使Al2O3微粒与铬共沉积，使镀层中Al2O3含量明显增加，导致镀层硬度提高，耐磨性改善。这是因为稀土元素La和Tb具有最外层的f电子结构，有较强的吸附能力，能使溶液中的Al2O3微粒表面吸附更多的正电荷，提高了Al2O3微粒在阴极表面的吸附能力，在电场力的作用下加速了Al2O3微粒与金属共沉积，导致镀层中Al2O3含量增加。镀液中加入KIO3后，使铬的析出电位正移，提高了阴极的电流效率，还具有提高Al2O3微粒在铬层中均匀分布的能力，对改善镀铬层的耐磨性是十分有利的。镀液温度48-62℃，电流密度15-60A/dm2。镀铬面层厚度50-150μm，硬度大于1000Hv。
(5)、抛光处理镀铬后进行抛光处理，主要是为了消除镀铬层表面的铬须，改善镀铬层的耐磨性。
下面结合实施例对本发明作进一步详述实施例1首先采用电解退铬方法将辊面长度L1为1500mm、辊身直径D为610mm和全长L2为3450mm导电辊表面残留铬层退除，电解退铬时，电解液中含有43.5g/L的Na2CO3，阳极电流密度6.3A/dm2，阴极采用铁板，电解液温度65℃，退铬时间23.8分钟，电解后对铜层2和铁层1无任何影响。导电辊经电解退铬后继续上磨床磨削，然后采用电镀方法在导电辊表面涂敷厚度3.5mm的铜层2，经磨削加工后，进行抛光处理，然后用40#石英砂在铜层上进行喷砂毛化处理，铜层表面粗糙度达到7.8μm时，进行第二次抛光处理，抛光处理后进行复合镀铬，底层镀铬时，镀液中CrO3含量为135g/L，H2SO4含量为2.7g/L，La2O3含量为0.6g/L，Tb4O7含量为1.5g/L。镀液温度72℃，电流密度18A/dm2。镀铬底层厚度40μm，镀铬底层与铜层结合强度265MPa。面层镀铬时，镀液中CrO3含量为240g/L，H2SO4含量为2.8g/L，La2O3含量为0.7g/L，Tb4O7含量为1.3g/L，KIO3含量0.2g/L，Al2O3含量60g/L，Al2O3是以0.8-2.0μm的固体颗粒加入镀液中，通过搅拌使之在溶液中保持悬浮状态。镀液温度55℃，电流密度28A/dm2。镀铬面层厚度81μm。镀铬后进行抛光处理，最后导电辊表面镀铬层3厚度为119μm，硬度1030Hv，表面粗糙度为5.93μm。
实施例2首先采用电解退铬方法将辊面长度L1为1500mm、辊身直径D为610mm和全长L2为3450mm导电辊表面残留铬层退除，电解退铬时，电解液中含有70.7g/L的Na2CO3，阳极电流密度3.1A/dm2，阴极采用铁板，电解液温度53℃，退铬时间21.6分钟，电解后对铜层2和铁层1无任何影响。导电辊经电解退铬后继续上磨床磨削，然后采用电镀方法在导电辊表面涂敷厚度3.7mm的铜层2，经磨削加工后，进行抛光处理，然后用40#石英砂在铜层上进行喷砂毛化处理，铜层表面粗糙度达到7.9μm时，进行第二次抛光处理，抛光处理后进行复合镀铬，底层镀铬时，镀液中CrO3含量为177g/L，H2SO4含量为1.9g/L，La2O3含量为1.1g/L，Tb4O7含量为0.9g/L。镀液温度73℃，电流密度17A/dm2。镀铬底层厚度38μm，镀铬底层与铜层结合强度269MPa。面层镀铬时，镀液中CrO3含量为287g/L，H2SO4含量为3.1g/L，La2O3含量为0.8g/L，Tb4O7含量为0.9g/L，KIO3含量0.3g/L，Al2O3含量75g/L，Al2O3是以1.0-3.0μm的固体颗粒加入镀液中，通过搅拌使之在溶液中保持悬浮状态。镀液温度58℃，电流密度31A/dm2。镀铬面层厚度94μm。镀铬后进行抛光处理，最后导电辊表面镀铬层3厚度为131μm，硬度1059Hv，表面粗糙度为6.22μm。
本发明导电辊修复方法与现有技术相比有如下优点本发明修复导电辊，辊面残留铬层采用电解退铬取代磨削退铬，电解退铬具有速度快，不损伤镀铜层和铁层等特点，克服了磨削退铬导电辊变形大、磨削时间长的不足。在导电辊毛化前后以及镀铬后增加三次抛光，第一次抛光的目的是彻底消除导电辊镀铜层经砂轮砂粒滚动和滑动后留下的痕迹，第二次抛光后可以消除导电辊铜层毛化后出现的若干针状凸起，第三次抛光后可以消除导电辊表面的铬须。采用复合镀铬工艺，获得了结合强度高和韧性好、孔隙和裂纹少的镀铬底层。在镀液中加入Al2O3微粒，可以获得高硬度的耐磨铬层，镀液中加入镧、铽和碘酸钾后，阴极电流效率可以提高到20％以上。镀层耐磨性好，在M200磨损试验机上进行磨损试验，普通镀铬层的磨损率是5.47mg/Km，而含Al2O3微粒耐磨镀铬层的磨损率仅为2.53-3.06mg/Km。用本发明修复导电辊，导电辊使用时镀层磨损均匀，无开裂、剥落现象出现，使用本发明导电辊，对带钢质量无不良影响。本发明导电辊比普通修复的导电辊使用寿命明显延长，导电辊使用时间由77.5天提高到120天以上，可以提高电镀锡机组作业率，减轻工人劳动强度，节省导电辊修复费用，具有很好的经济效益。
权利要求
1.一种导电辊修复方法，包括对导电辊进行退铬、磨削、电镀或喷涂铜层、抛光、毛化，其特征是它还包括对导电辊复合镀铬，所述导电辊复合镀铬包括导电辊底层镀铬和面层镀铬，底层镀铬时，在镀液中除了加入铬酐(CrO3)和硫酸(H2SO4)外，还加入稀土镧(La)和铽(Tb)；面层镀铬时，在镀液中加入铬酐(CrO3)和硫酸(H2SO4)，稀土镧(La)和铽(Tb)，还加入KIO3和Al2O3微粒。
2.根据权利要求1所述的导电辊修复方法，其特征是在复合镀铬进行底层镀铬时，镧和铽以稀土氧化物La2O3和Tb4O7形式加入La2O3含量为0.5-1.8g/L，Tb4O7含量为0.5-1.8g/L。
3.根据权利要求1所述的导电辊修复方法，其特征是CrO3含量为100-300g/L，H2SO4含量为1.5-4.0g/L。
4.根据权利要求2或3所述的导电辊修复方法，其特征是底层镀铬，铬底层的镀液温度是65-79℃，电流密度15-25A/dm2，镀铬底层厚度20-80μm。
5.根据权利要求1所述的导电辊修复方法，其特征是在复合镀铬进行面层镀铬时，镀液中CrO3含量为150-350g/L，H2SO4含量为1.5-4.0g/L，La2O3含量为0.5-1.8g/L，Tb4O7含量为0.5-1.8g/L。
6.根据权利要求1所述的导电辊修复方法，其特征是碘酸钾(KIO3)含量为0.1-0.4g/L，氧化铝(Al2O3)微粒为20-80g/L，Al2O3是以0.3-4.0μm的固体颗粒加入镀液中，通过搅拌使之在溶液中保持悬浮状态。
7.根据权利要求5或6所述的导电辊修复方法，其特征是面层镀铬时镀液温度48-62℃，电流密度15-60A/dm2，镀铬面层厚度50-150μm。
8.根据权利要求1所述的导电辊修复方法，其特征是退铬采用Na2CO3溶液电解退铬。
9.根据权利要求8所述的导电辊修复方法，其特征是电解液中Na2CO3浓度是30-80g/L，阳极电流密度2-7A/dm2，阴极采用铁板或钛板，电解液温度45-75℃。
全文摘要
本发明公开了一种适于各种类型电镀锡机组导电辊的修复方法，本发明依次包括退铬、磨削、电镀或喷涂铜层、磨削、抛光、复合镀铬、抛光处理步骤；本发明在复合镀铬底层镀铬时，在镀液中除了加入铬酐(CrO
文档编号C25D3/02GK1670260SQ200410073498
公开日2005年9月21日 申请日期2004年12月27日 优先权日2004年12月27日
发明者杨军, 符寒光, 邹德宁, 杜忠哲, 朱军, 马杰 申请人:西安建筑科技大学